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CSP-S 2020 第一轮 第25题:当输入的 d[i] 是严格单调递减序列时,第 17 行的 swap 平
题目
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int n;
int d[10000];
int find(int L, int R, int k) {
int x = rand() % (R - L + 1) + L;
swap(d[L], d[x]);
int a = L + 1, b = R;
while (a < b) {
while (a < b && d[a] < d[L])
++a;
while (a < b && d[b] >= d[L])
--b;
swap(d[a], d[b]);
}
if (d[a] < d[L])
++a;
if (a - L == k)
return d[L];
if (a - L < k)
return find(a, R, k - (a - L));
return find(L + 1, a - 1, k);
}
int main() {
int k;
cin >> n;
cin >> k;
for (int i = 0; i < n; ++i)
cin >> d[i];
cout << find(0, n - 1, k);
return 0;
}
假设输入的 $n,k$ 和 $d[i]$ 都是不超过 $10000$ 的正整数,且 $k$ 不超过 $n$,并假设 rand() 函数产生的是均匀的随机数,完成下面的判断题和单选题:本小题
(2.5 分)当输入的 $d[i]$ 是严格单调递减序列时,第 17 行的 swap 平均执行次数是( )。
选项
- A. $O(n^2)$
- B. $O(n)$
- C. $O(n \log n)$
- D. $O(\log n)$
答案
B
题解
第④题选 B:\(O(n)\)。
这题统计的是第 17 行 swap 的总执行次数,要把各次递归都算进去。
程序每次随机选一个基准值 d[L],然后把小于它的数放到左边,大于或等于它的数放到右边,最后只在包含第 \(k\) 小元素的一侧继续递归。
对于严格递减序列,第一次划分平均就需要 \(O(n)\) 次交换。 因为较大的数集中在左边,较小的数集中在右边,与划分要求相反。例如:
``text 原序列:8 7 6 5 4 3 2 1 选 5 为基准,第 10 行交换后: 5 7 6 8 4 3 2 1 ``
划分时,需要交换 7 和 1、6 和 2、8 和 3。一般而言,基准值落在大小排名的中间一半的概率约为 \(1/2\),此时需要交换的元素对数与 \(n\) 成正比。因此,平均交换次数至少是线性量级。
另一方面,每次处理长度为 \(m\) 的区间,交换次数至多为 \(O(m)\);随机选择基准值,使后续递归区间的规模平均按常数比例缩小,所以全部递归的平均工作量为:
\[ O(n)+O\!\left(\frac34 n\right) +O\!\left(\left(\frac34\right)^2n\right)+\cdots =O(n). \]
因此,第 17 行 swap 的平均总执行次数是 \(O(n)\)。
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